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弯管垫片冲压成形工艺及模具设计.rar

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    编号:20181016172636519    类型:共享资源    大小:507.56KB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    金币
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    弯管 垫片 冲压 成形 工艺 模具设计
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    11 绪 论1.1 模具工业的地位模具工业是国民经济的基础工业,是工业生产的重要工艺装备。先进国家的模具工业已摆脱从属地位,发展为独立的行业。日本工业界认为:“模具工业是其它工业的先行工业,是创造富裕社会的动力” 。美国工业界认为:“模具工业是美国工业的基石” 。在德国模具被冠以“金属加工业中的帝王”之称。在我国,1998 年 3 月在《国务院关于当前产业政策要点的决定》模具被列为机械工业技术改造序列的第一位,生产和基本建设序列第二位,把发展模具工业摆在发展国民经济的重要位置。目前,我国冲压模具在产值占模具总产值的 40%以上,处于主导地位。1.2 冷冲压的应用冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件,所以有时也叫板料冲压。冲压不仅可以加工金属板料,而且也可以加工非金属板料。冲压加工时,板料在模具的作用下,于其内部产生使之变形的内力。当内力的作用达到一定程度时,板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形,从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。冲压生产靠模具与设备完成加工过程,所以它的生产率高,而且由于操作简便,也便于实现机械化和自动化。利用模具加工,可以获得其它加工方法所不能或难以制造的、形状复杂的零件。冲压产品的尺寸精度是由模具保证,所以质量稳定,一般不需再经过机械工业加工便可使用。冲压加工不一般不需要加热毛坯,也不像切削加工那样大量切削材料,所以它不但节能,而且节约材料。冲压产品的表面质量较好,使用的原材料是冶金工厂大量生产的轧制板料或带料,在冲压过程中材料表面不受破坏。因此,冲压工艺是一种产品质量较好而且成本低的加工艺。用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。冲压工艺在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。现代各先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。在我国的现代化建设进程中,冲压生产占有重要的地位。1.3 冷冲压发展趋势 (1)工艺分析计算方法的现代化。例如,生产汽车覆盖件的冲压工艺,传2统方法是根据已有的设计资料和设计者的经验,进行对比分析,确定工艺方案和有关参数,然后设计模具,进行试冲,经过反复试验和修改,才能转入批量生产。近几年来,国外有的公司已开始采用有限变形的弹塑性有限元法,对覆盖件成形过程进行计算模拟,分析应力应变关系,从而预测某一工艺方案的可行性和可能会产生的问题,并将结果显示在图形终端上,供设计人员进行选择和修改。这样,不仅可以节省昂贵的模具试制费用,缩短产品试制周期,而且可以建立符合生产实际的先进设计方法;既促进了冷冲压工艺的发展,又可以发挥塑性成形理论对生产实际的知道作用。(2)模具设计及制造技术的现代化。为了加快产品的更新换代,缩短工装设计、制造周期,正在大力开展模具的计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)技术的研究和应用。采用这一技术,一般可以提高模具设计和制造效率 2~3 倍,模具生产周期可缩短 1/2~1/3。发展这一技术的最终目标,是要达到模具CAD/CAM 一体化,而模具图纸将只作为检验模具之用。采用模具 CAD/CAM技术,还可提高模具质量,大大减少设计与制造人员的重复劳动,使设计者有可能把精力用在创新和开发上。(3)冲压生产的机械化和自动华。为了满足大量生产的需要,冲压设备已由单工位低速压力机发展到多工位高速自动压力机。一般中小型冲压件,既可在多工位压力机上生产,也可以在高速压力机上采用多工位连续模加工,使冲压生产达到高度自动化。大型冲压件(如汽车覆盖件)可在多工位压力机上利用自动送料和取件装置,进行机械化流水线生产,从而减轻劳动强度和提高生产率。(4)为了满足产品更新换代加快和生产批量减小的发展趋势,发展了一些新的成形工艺、简易模具、通用组合模具以及数控冲压设备和冲压柔性制造系统(FMS )等。这样,就使冲压生产既可适合大量生产,又可适用于小批量生产。(5)不断改进板料性能,以提高其成形能力和使用效果。例如,研制高强度钢板,用来生产汽车覆盖件;研制新型材料板,用来生产航空构件等。1.4 毕业设计的主要目的毕业设计做为大学教学中的一个必不可少的环节,是对我们三年所学专业知识的最后一次也是最全面的一次检查。通过这次毕业设计可以很好的使我们辛勤的老师了解学生掌握知识的程度,也可以使我们很好的加强对专业知识的巩固,对以后我们踏足社会和在实践工作中起到了不可估量的作用。毕业设计的主要目的有:综合运用本专业所学课程的理论和生产实习知识,进行一次拉深模具设计工作的实际训练,从而培养和提高学生自己的独立工作能力;巩固“冲压模具设计与制造” 等课程所学的内容,掌握模具设计的方法和步骤;掌握冲压模具设计与基本技能,如模具相关尺寸计算、绘图、查阅设计资料和手册,熟悉标准和规范等。3在完成大学三年的课程学习和课程、生产实习,我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识,对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解,达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题,我们进行了大量的实习。经过在新飞电器有限公司、在洛阳中国一拖、中信重型矿山机械厂的生产实习,我对于冷冲模具、塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识,丰富和加深了对各种模具的结构和动作过程方面的知识,而对于模具的制造工艺更是有了全新的理解。在指导老师的细心指导下和在工厂师傅的讲解下,我们对于模具的设计和制造工艺有了系统而深刻的认识。同时在实习现场亲手拆装了一些典型的模具实体并查阅了很多相关资料,通过这些实践,我们熟练掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。通过在图书馆借阅相关手册和书籍,更系统而全面了细节问题。锻炼了缜密的思维和使我们初步具备了设计工作者应有的素质。设计中,将充分利用和查阅各种资料,并与同学进行充分讨论,尽最大努力搞好本次毕业设计。在设计的过程中,将有一定的困难,但有指导老师的悉心指导和自己的努力,相信会完满的完成毕业设计任务。由于学生水平有限,而且缺乏经验,设计中难免有不妥之处,肯请各位老师指正。2 弯管垫片落料冲孔翻边复合模零件名称:弯管垫片材料:08Al批量:大批量料厚:1mm零件简图:如图 1 所示图 1图示零件材料为 08Al 钢板,能够进行一般的冲压加工,市场上也容易得到这种材料,价格适中。42.1 工艺性分析弯管垫片属于中等尺寸零件,料厚 1mm,外形较复杂,尺寸精度要求一般。加工这样的工件,传统的方法是采用二个工序来完成,即第一个工序是冲孔、落料,第二个工序再翻孔成形。采用这种工艺方法须两套模具,生产率低;在第二步工序中操作者需将手伸入模具,安全性差;翻孔与外缘的同心度不容易保证。采用复合模一次完成冲孔、落料、翻孔工序,这样能大大提高生产效率,避免了传统方法难以解决的手进入模具的问题,操作方便、安全,冲出制件质量较好。2.2 工艺方案的确定方案一:1.落料冲孔复合模;2.翻边(内孔翻边)单工序模。方案二:落料冲孔翻边复合模。从工件图上看,该工件形状简单且轴对称,主要尺寸 38.5 的精度为 IT11级,材料厚 t=1mm,其冲裁性能较好。所以采用方案二,即倒装式落料冲孔翻边复合模。2.3 必要的工艺参数计算2.3.1 排样和材料利用率的计算 设计模具时,条料的排样很重要。因为工件只须内孔翻边,则落料件的尺寸与工件的外径相等。由表 2-16[1]查得搭边值 a1=a=1.5mm。则:条料宽度:b=42.5mm+2×1.5mm=45.5mm送进步距:h=42.5mm+1.5mm=44mm材料利用率通用计算公式 :%10BLnF式中 F—一个冲裁件的面积,mm;n——条料上冲裁件数量;B——条料宽度,mm; L——条料长度,mm。取工件数量 20条料长度 L=20D+19a1+2a1=20×42.5+21×1.5=881.5mm5取 L=882mm条料规格为 882×50×1得 07%1508242.3.2 工作部件尺寸计算模具的主要工作部分落料凹模、凸凹模、翻边凸模的工作关系如图 6-26 所示。1.落料刃口尺寸计算按表 2-10[1]查得冲裁模刃口双面间隙 Zmax=0.1mm,Zmin=0.13mm。工件的未注公差尺寸按 IT14 计算,查书末附录 D1[1]得落料件直径为。m062.54落料凸、凹模的制造公差由表 2-12[1]查得 凹=0.03mm, 凸=0.02mm 。磨损因数由表 2-13[1]查得 x=0.5。校核:凹+ 凸=0.025mm+0.02mm >Zmax -Zmin=0.03mm则落料凸、凹模采用分别加工法。凹模尺寸 D 凹= m03.03.0 1942625.42 凹凸模尺寸 Z025.025.min 719. 凸凹凸 2.冲孔刃口尺寸计算冲压工件冲孔凸模尺寸为 ,尺寸精度为 IT11 级。13.058冲孔间隙对切边质量和模具寿命影响较大,双面间隙 Z 过小则模架导向精度高,模具寿命低;Z 过大则制件口部毛刺大,取 Z=0.02~0.03mm 为宜。查表2-10 得冲孔刃口双面间隙 Zmin=0.05mm,Zmax =0.07mm。查表 2-12[1]得凸、凹模的制造公差 , 。磨损因数m02.凹025.凸由表 2-13[1]查得 x=0.5。校核: Zm02.02.. minax凸凹 6则冲孔凸、凹模采用分别加工法。凸模尺寸 md 02.02.0 159135.18 凸凸 凹模尺寸 。Z0.05.0min.9凸凹凸3.翻边刃口尺寸计算因为坯料为平板,所以在进行翻边之前,需要在坯料上加工出待翻边的孔,其孔径 d 按弯曲展开的原则求出,即mtrHD 8.127.0143.52.197.043.2 竖边高度则为 trd 5.4..28...2 查表 5.3.1[4] 得 ,第一次翻边可达到的极限高度为45.0minKmtrDH 5.6172.043.5.012.97.3.12inmax 因为 ,所以能一次翻边成形。ax由于翻边凸模在下行中,则翻边凸模的直径 。D02.159凸翻边凸模、凹模之间的单边间隙 Z/2 可控制在(0.75~0.85)t ,使直壁稍微边薄以保证竖边成为直壁。则翻边凸模、凹模的单边间隙 Z/2 =0.85t=0.85mm。翻边凹模尺寸 mZD025.025.0 871.9 凹凸凹 2.3.3 工序力计算1.落料力 查表 2-20[3]按式 F 落=1.3Lt 式中 F 落— —落料力(N) ;L——工件外轮廓周长(mm) ;T——材料厚度(mm) ,t=1mm;——材料的抗剪强度(MPa) 。由书末附录 A1 查得,=260MPa。7L=3.14×42.5mm=133.45mm则 F 落 =1.3×133.45mm×1mm×260MPa≈45.11kN2.卸料力 查表 2-21[3]按式 F 卸=K 卸 F 落式中 K 卸——卸料力因数,其值由表 2-15 查得,K 卸=0.03。则 K 卸=0.03×45.11KN≈1.3532KN3.翻边力 此模具翻边凸模的工作部分分为圆锥形,且翻边是无预置孔。因此 F=1.3F翻。查表 2-21[3]按式 (5-23) 翻边力为:F 翻 =1.1 t s(D-d 0)式中 s——材料的屈服强度,查书末附录 A1 得, s=200 MPa; D——翻边直径(按中线计),D=18.5mm+1mm=19.5mm ;d0——毛预制孔直径(mm),d 0=0mm;t——材料厚度(mm)。则 F=1.3F 翻=1.3×(1.1×3.14×1×200×19.5)kN=17.512kN4.冲孔力 查表 2-19[3]按式 (2-7):LtKF孔孔 式中 F 孔— —切边力(N);L——工件轮廓周长(mm);T——材料厚度(mm), t=1mm ;——材料的抗剪强度 (MPa)。查书末附录 A1 得, =260MPa。 L=3.14×18.5mm≈58.09mm则 F 孔=1.3×58.09mm×1mm×260MPa≈19.63kN5.推件力 8查表 2-16[3]按式 (2-11)F 推=nK 推 K 切式中 K 推——推件力因数,值由表 2-15 查得 K 推=0.05;n——工件在凹模内的个数,取 n=1。则 F 推=1×0.05×19.63kN=0.49KN故总的冲裁力F 总= F 落 +K 卸 +F 翻+F 孔+F 推=45.11kN+1.3532KN+17.512kN+19.63kN+0.49N=84.1kN6.初选压力机为安全起见,防止设备超载,可按公称压力 F 压 (1.6~1.8)F 总的原则,参考书末附录 B3[3],初选取公称压力为 160kN 的开式压力机,其有关技术参数为:公称压力:160kN滑块行程:55mm最大闭和高度:220mm封闭高度调节量:45mm工作台孔径:300mm×450mm模柄孔尺寸: 40mm×60mm2.3.4 压力中心的确定由于该零件为轴对称件,压力中心在工件中心。2.4 模具总体设计2.4.1 模具类型的选择有冲压工艺分析可知,采用复合冲压,所以模具类型为复合模具。2.4.2 定位方式的选择在本模具中采用的是条料,所以选用导料销和挡料销来实现对冲裁条料的定位。导料销一般设两个,并位于条料的同一侧。从前先后送料时导料销装在左侧[4] 。导料销在本模具中直接安装在卸料板上,在装配图中很容易看到。挡料销同样起定位的作用,用它挡住搭边或冲件轮廓,以限定条料的送进距离。在本模具中试用固定挡料销,其结构简单、制造容易,在中小模具中广泛应用作定距;但其存在着缺点:销孔距离凹模刃壁较近,削弱了凹模的强度。9所以将其安装在卸料板上。2.4.3 卸料、出件方式选择因为工件料厚为 1 mm,相对较薄,卸料力也比较小,故可采用弹性卸料。又因为是复合模生产,所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。 2.4.4 导向装置的设计导向装置用来保证上模相对于下模正确的运动,对于生产批量较大,零件的要求较高,寿命要求较长的模具,一般都需要采用导向装置,本模具中应用导柱导套装置来完成导向.2.5 主要工作部分尺寸计算2.5.1 落料凹模的设计计算1.落料凹模的刃口形式落料凹模的刃口形式根据制件的外形设计成柱形刃口,刃口强度较高,修磨后刃口尺寸不变;缺点是孔口容易积存工件或废料,推件力大且磨损大。推件块和选用较大的压力设备可解决这些缺点。2.落料凹模外形尺寸整体式落料凹模如图 3,装于上模座上,由于工作时承受冲裁力,若凹模高度 H 及模壁厚度 C 不足时,会使凹模产生较大变形,甚至破坏。但由于凹模受力复杂,凹模高度可按经验公式计算,即凹模高度 H=KB小凹模壁厚 C=(1.5~2)H大凹模壁厚 C=(2~3)H式中:B ——凹模孔的最大宽度,mm,但 B 不小于 15mm;C——凹模壁厚,mm 指刃口至凹模外形边缘的距离;K=系数,取 0.35凹模高度 H=KB=0.35×42.5=15mm 凹模壁厚 C=1.5H = 1.5×15=22.5mm按上式计算的落料凹模外形尺寸,可以保证凹模有足够的强度和刚度,一般可不再进行强度校核。本设计中落料凹模外形尺寸取:凹模高度 H=62mm 凹模壁厚 C=26mm下面进行强度校核。103.强度校核强度校核计算公式: wwdCp02315.0min.w式中: p——落料力,N——弯曲应力的计算值,MPaw[ ]——许用弯曲应力,MPa.对于淬火硬度 58~62HRC 的 CrMoV, [ ]=(300~ 500)MPawC——凹模壁厚,mm——凹模最小壁厚,mmminD——凹模直径,mm——凹模直径与翻边凸模配合孔径, mm。0dww 5.14.623125.64mC2.65.0.min 高度和厚度满足要求。2.5.2 翻边凸模的设计计算1.凸模长度的确定L= 64mm 2.压应力校核minAF
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